轎車(chē)A柱連接件級(jí)進(jìn)模設(shè)計(jì)

王益平，沈義林，黃昭明，蔣徐浩

(1.南京市公用事業(yè)技工學(xué)校，江蘇南京 210009;2.無(wú)錫九和模具有限公司，江蘇無(wú)錫 214142)

1 引言

模具是現(xiàn)代制造業(yè)中的特殊工藝裝備之一，各行業(yè)都有需求，汽車(chē)行業(yè)尤其如此［1］。多工位級(jí)進(jìn)模是沖壓模具的一種，它是在單工序模具基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)，它是一種高效、精密、長(zhǎng)壽命的沖壓模具，尤其適用于短期大批量零件的生產(chǎn)［2］。但其技術(shù)綜合性強(qiáng)、經(jīng)濟(jì)效益可觀，實(shí)施難度也大［3］。

2 制件工藝分析

制件為某轎車(chē)A柱連接件，主要起連接A柱的作用，其形狀較為簡(jiǎn)單、但精度要求較高，零件3D建模圖，如圖1所示。該制件的生產(chǎn)批量為80萬(wàn)件每年，材料為JSC270C、厚度為2mm的左右對(duì)稱件，圖1為右件。對(duì)零件的進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析后，確定其總體工藝要求主要為沖孔、沖裁及成形，具體成形工藝區(qū)域，如圖1所示。其中要求注意的是中間沖孔的位置精度，前后缺口的位置精度、成形的質(zhì)量以及外緣的修邊質(zhì)量等［4］。

圖1 轎車(chē)A柱連接件3D建模圖

3 排樣設(shè)計(jì)

在級(jí)進(jìn)模設(shè)計(jì)過(guò)程中，對(duì)于難度較大的制件，首先應(yīng)獲得初始板料的展開(kāi)圖［5］，再利用Autoform分析軟件對(duì)制件進(jìn)行成形分析，但考慮到制件形狀相對(duì)比較簡(jiǎn)單，雖然精度要求較高但通過(guò)以往的經(jīng)驗(yàn)，無(wú)需對(duì)其進(jìn)行各工序的有限元分析，即根據(jù)經(jīng)驗(yàn)直接獲得最終排樣結(jié)果，具體工序由圖2 UG排樣設(shè)計(jì)圖給出，各工序的沖壓壓力需求及重要尺寸，由圖3 CAD排樣設(shè)計(jì)圖給出。

在保證沖壓質(zhì)量、工藝要求及生產(chǎn)效率的前提下，利用UG軟件初步設(shè)計(jì)的排樣圖［6］，共有8個(gè)工位、中間載體、雙排排樣方式，分別完成，1沖導(dǎo)正孔，2、3、4 沖裁，5 成形，6 空步，7 沖孔彎曲，8 切斷。應(yīng)用中間載體的排樣形式能很好的適應(yīng)該左右對(duì)稱件，為提高條料的剛度，載體寬度盡量大［7］。條料厚度為2mm，適合采用卷料自動(dòng)送進(jìn)(首次送進(jìn)人工完成)，采用挾持式送料裝置粗定位，配合導(dǎo)正銷(xiāo)精密定位，送進(jìn)定位可達(dá)到±0.01mm。零件輪廓沖裁必須合理地分步進(jìn)行。另外，為防止沖裁不完全或斷面重復(fù)沖裁，準(zhǔn)確處理兩次沖裁的“接刀”非常關(guān)鍵［8］，如圖2中 a區(qū)所示。

4 模具總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

通過(guò)諸多因素的考慮，選擇典型多工位整體彈壓板級(jí)進(jìn)模結(jié)構(gòu)類(lèi)型。根據(jù)選擇的典型結(jié)構(gòu)類(lèi)型，所設(shè)計(jì)的模具基本結(jié)構(gòu)如圖4所示。它包括上模板、整體式卸料板、下模板、墊板、導(dǎo)料板、導(dǎo)尺四個(gè)獨(dú)立導(dǎo)柱組件以及墊腳等。整體彈壓板能夠保證沖壓過(guò)程中全程壓住條料并對(duì)所有凸模導(dǎo)向，導(dǎo)料板和導(dǎo)尺對(duì)條料的側(cè)向進(jìn)行定位;彈壓裝置依靠彈壓板壓下;定位針裝在彈壓板上，定位針露出彈壓板下平面的有效長(zhǎng)度為2mm左右［9］。

5 模具結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

(1)卸料機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。轎車(chē)A柱連接件級(jí)進(jìn)模使用的卸料結(jié)構(gòu)主體部件，如圖5中所示的轎車(chē)A柱連接件級(jí)進(jìn)模的卸料機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。卸料裝置包括主要卸料板、卸料螺釘、氮?dú)飧?、剝料柱和剝料橋等，它是?jí)進(jìn)模的基本結(jié)構(gòu)單元之一。工作時(shí)它將沖切后套在凸模上的條料卸下，主要起卸料作用［10］。

圖2 UG排樣設(shè)計(jì)圖

圖3 CAD排樣設(shè)計(jì)圖

圖4 基本結(jié)構(gòu)類(lèi)型

圖5 卸料機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

(2)導(dǎo)料與定距定位設(shè)計(jì)。在條料的不斷切割、沖裁、成形的過(guò)程中，為保證條料的暢通送進(jìn)，條料必須浮離凹模平面一定的高度，同時(shí)，模具導(dǎo)料系統(tǒng)零件的設(shè)置應(yīng)保證倒沖或側(cè)沖加工裝置的沖壓工作。轎車(chē)A連接件級(jí)進(jìn)模內(nèi)導(dǎo)料系統(tǒng)零件主要有側(cè)向?qū)С?、?dǎo)正釘、承料板、條料的側(cè)壓裝置、帶導(dǎo)向槽浮頂式導(dǎo)料柱、條料浮頂器、除塵裝置、障礙檢出機(jī)構(gòu)等，其設(shè)計(jì)如圖6所示，在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)按不同沖壓加工要求合理的對(duì)導(dǎo)料系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)零件進(jìn)行組合、選用。在不同的工位采用了導(dǎo)引孔和導(dǎo)尺或多個(gè)導(dǎo)孔的導(dǎo)正釘定距定位形式。

(3)凸模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。轎車(chē)A柱連接件級(jí)進(jìn)模中所使用的凸模主要是用于多工位級(jí)進(jìn)模異形型孔的切割、沖裁和最后沖件與帶料載體分離的沖頭和異形凸模，以及完成多工位級(jí)進(jìn)模中成形的彎曲、成形凸模。其設(shè)計(jì)如圖7所示。

圖6 導(dǎo)料與定距定位設(shè)計(jì)

圖7 凸模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

(4)凹模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。如圖8所示，為轎車(chē)A柱連接件凹模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，采用模塊式凹模，它由若干個(gè)模塊精加工后拼合而成，能保證多工位級(jí)進(jìn)模所應(yīng)達(dá)到的工位間距精度要求;能保證和提高多型孔加工時(shí)型孔的坐標(biāo)精度;由多種沖壓工藝組成的凹模必須分解成多模塊組合，以便能刃磨、調(diào)整和維修;任一局部型孔的損壞都不會(huì)使整個(gè)凹模報(bào)廢;解決了凹模熱處理變形的問(wèn)題;對(duì)薄弱、細(xì)小、易損型孔必須單獨(dú)分塊;凹模分塊后，便于精密機(jī)械的加工和測(cè)量。

(5)總體裝配。上述設(shè)計(jì)完成后，級(jí)進(jìn)模的設(shè)計(jì)階段基本結(jié)束。在模具制造裝配完成后，進(jìn)行試模完成整個(gè)模具設(shè)計(jì)過(guò)程。當(dāng)試模合格后，生產(chǎn)的零件便可以達(dá)到客戶的要求，最后模具就可以投入實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程。如圖9所示，為轎車(chē)A柱連接件級(jí)進(jìn)模的整體裝配模型。

圖8 凹模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

圖9 整體裝配模型

6 模具各總成CAD圖

為明確表示出轎車(chē)A柱連接件級(jí)進(jìn)模模具的零部件名稱、形狀、數(shù)量以及其裝配關(guān)系，以圖10卸料板組件為分界，畫(huà)出了圖10卸料板組件圖、圖11上模組件圖、圖12下模組件圖并給出了圖13與圖14標(biāo)準(zhǔn)件圖，在后續(xù)的CNC加工中，還需提供詳細(xì)的非標(biāo)件CAD圖紙，一般一套模具的非標(biāo)件就有100件之多，這就要求組件圖應(yīng)有非常合理的標(biāo)注，才能將其總成結(jié)構(gòu)表達(dá)清楚。

圖10 卸料板組件CAD圖

圖11 上模組件CAD圖

圖12 下模組件CAD圖

圖13 標(biāo)準(zhǔn)件CAD圖一

圖14 標(biāo)準(zhǔn)件CAD圖二

7 驗(yàn)證成形方案

圖15 轎車(chē)A柱連接件實(shí)沖零件

圖16 檢具檢測(cè)轎車(chē)A柱連接件

圖17 三坐標(biāo)儀檢測(cè)轎車(chē)A柱連接件部分?jǐn)?shù)據(jù)

［1］陳炎嗣.多工位級(jí)進(jìn)模設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2012:1.

［2］陳炎嗣.多工位級(jí)進(jìn)模設(shè)計(jì)與制造［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2006:1.

［3］許斌.轎車(chē)骨架件級(jí)進(jìn)模開(kāi)發(fā)技術(shù)研究與應(yīng)用［D］.鎮(zhèn)江:江蘇大學(xué)，2010:17.

［4］牟林，胡建華.沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)［M］.北京:北京大學(xué)出版社，2006.7-8.

［5］夏琴香，魏光明.多工位級(jí)進(jìn)沖壓全工序數(shù)值模擬關(guān)鍵技術(shù)研究［J］. 華南理工大學(xué)報(bào)，2012，40(7):62-66.

［6］張正修.多工位連續(xù)沖壓技術(shù)及應(yīng)用［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2010.116-117.

［7］李雅.汽車(chē)覆蓋件沖壓成形技術(shù)［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2012:32-33.

［8］張正修，馬新梅.復(fù)合模與多工位連續(xù)復(fù)合模的類(lèi)型、結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)［J］.模具制造，2003(5):12-17.

［9］歐陽(yáng)波儀.多工位級(jí)進(jìn)模設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)教程［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2008:42-43.

［10］黃昭明，王利，劉小飛，等.［J］.時(shí)代漫游，2014(1):39-40.